Demócrito y el descubrimiento de las partículas subatómicas, Apuntes de Química

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1.3. EL ATOMO

1.3.1 TEORIA ATOMICA.

Postulados de Demócrito, Dalton, Bohr y Sommefeld.

• POSTULADO DE DEMOCRITO.- Los filósofos griegos hicieron una brillante contribución a la ciencia moderna sembrando la semilla de la teoría atómica. Según Demócrito ( 450 A.D Cristo), el universo y todo lo que nos rodea está compuesto de átomos con las siguientes características: 1, Los átomos son físicamente indivisibles. 2, Entre cada átomo hay un espacio vacío. 3, Los átomos son indestructibles. 4, Los átomos están continuamente en movimiento. Hay muchos tipos de átomos.

1.3.2. Experimento de Thomson y descubrimiento del electrón.

A finales del siglo XIX, el físico J.J. Thomson comenzó a experimentar con tubos de rayos catódicos. Los tubos de rayos catódicos son tubos de vidrio sellados en los que se ha extraído la mayor parte del aire. Al aplicar un alto voltaje entre los electrodos, que se encuentran uno a cada lado del tubo, un rayo de partículas fluye del cátodo (el electrodo negativamente cargado) al ánodo (el electrodo positivamente cargado). Los tubos se llaman "tubos de rayos catódicos" porque el rayo de partículas o "rayo catódico" se origina en el cátodo. El rayo puede ser detectado al pintar el extremo del tubo correspondiente al ánodo con un material conocido como fósforo. Cuando el rayo catódico lo impacta, el fósforo produce una chispa o emite luz.

De esta evidencia, Thomson concluyó lo siguiente:

• El rayo catódico está compuesto de partículas negativamente cargadas.
• Las partículas deben existir como partes del átomo, pues la masa de cada partícula es tan solo 1/ 2000, de la masa de un átomo de hidrógeno.
• Estas partículas subatómicas se encuentran dentro de los átomos de todos los elementos. Mientras que al principio fueron controversiales, los científicos gradualmente aceptaron los descubrimientos de Thomson. Con el tiempo, sus partículas de rayo catódico adquirieron un nombre más familiar: electrones.

• Experimento de Goldstein y descubrimiento del proton. El descubrimiento del protón El físico alemán E. Goldstein realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos canales. El estudio de estos rayos determinó que estaban formados por partículas de carga positiva y que tenían una masa distinta según cual fuera el gas que estaba encerrado en el tubo. Esto aclaró que las partículas salían del seno del gas y no del electrodo positivo. Al experimentar con hidrógeno se consiguió aislar la partícula elemental positiva o protón, cuya carga es la misma que la del electrón pero positiva y su masa es 1837 veces mayor. Los protones tienen carga positiva.

• Experimento de Rutherford :

• Experimento de Chadwick y descubrimiento del neutron: La tercera partícula fundamental es el neutrón , descubierta al bombardear una lámina de berilio con partículas alfa, observó la emisión por parte del metal de una radiación de muy alta energía, similar a los rayos gamma.

Luego, se aplicó un voltaje, induciendo un campo eléctrico, entre las placas y se ajustó hasta que las gotas se suspendieron en equilibrio mecánico, lo que indica que la fuerza eléctrica y la fuerza gravitacional estaban en equilibrio. Usando el campo eléctrico analizado, Fletcher y Millikan estaban en capacidad de establecer la carga en la gota de aceite.

La materia, que “indudablemente” se propaga como una partícula, se comporta también como una onda.

• PRINCIPIO DE HEISENBERG.- El principio de incertidumbre es fundamental en física cuántica.

Establece que: ΔpΔx ≥ h

donde Δp es la incertidumbre en conocer el momento de la partícula (momento igual a masa por velocidad), Δx es la incertidumbre en conocer la posición de la partícula y h es la constante de Planck (h=6.63×10⁻³⁴Js).

Las implicaciones de esta sencilla fórmula son enormes. Si conocemos de forma muy precisa la posición de la partícula no podremos conocer de forma tan precisa su velocidad y viceversa independientemente de lo bueno que sea nuestro aparato de medida o de lo que nos esforcemos en ello. La incertidumbre en el sistema es intrínseca y no puede desaparecer nunca. Posteriormente a la propuesta de Heisenberg se dedujo su principio de la hipótesis onda-corpúsculo de De Broglie.